Telecomunicazione

Copia del telefono originale diAlexander Graham BellalMuseo delle Arti e MestieriaParigi.

Latelecomunicazione(dalgrecoτήλε,lontano, abbreviazioneTLC) è l'attività ditrasmissionea lunga distanza disegnali,parole eimmaginisotto forma dimessaggitra due o più soggetti, detti mittente e destinatari, mediante dispositivielettronici(trasmettitoreericevitore) attraverso uncanalefisico dicomunicazione.Le vaste applicazioni tecnologiche delle telecomunicazioni sono riconducibili a due gruppi: letecnologie dell'informazionee letecnologie dell'informazione e della comunicazione(inacronimoICT),la cui ampia diffusione nell'attuale società ha dato vita - attraversomezzi di comunicazione di massacometelefono,radioetelevisione- all'attualesocietà dell'informazione,nonché uno dei settori trainanti della cosiddettaterza rivoluzione industriale.

Etimologia

La parolatelecomunicazionefu adattata dalla parola francesetélécommunication.È un composto del prefisso grecotele-(τηλε-), che significa "lontano da" e del latinocommunicare,che significa 'rendere comune', 'avere in comune', 'condividere'.

Storia

Esempio di segnali di fumo indiani

Piccione viaggiatore

Primi sistemi

Le prime forme di telecomunicazioni includevano isegnali di fumoe itamburi.I tamburi erano utilizzati dai nativi inAfrica,GuineaeSud America,mentre i segnali di fumo sono stati introdotti dagli indigeni diNord AmericaeCina.Contrariamente a quanto si pensa questi sistemi spesso non erano usati solo per segnalare la presenza di un campo, ma anche per scopi diversi.Gli strumenti variarono nel corso del tempo, schematicamente si possono riassumere:

• a breve distanza: suoni di strumenti a fiato (corni) e apercussioni(tamburi,tam-tam);
• a media distanza:segnali di fumo(come quelli deinativi americani); se a portata ottica: specchi (di giorno), falò, fiaccole (celebre il sistema dellaScacchiera di Polibio);
• a lunga distanza: sistemi organizzati di comunicazione ottica / acustica (come letorri semaforiche), corrieri organizzati in rete (come nell'antica Roma:trasportavano lungo le vie consolari messaggi su tavolette di cera, papiro, pergamena);
• a medio-lunghe distanze, in ambito militare e in varie epoche: ilpiccione viaggiatore.

Telegrafo e telefono

Una replica delle torri telegrafiche di Chappe

Nel1792un ingegnere francese,Claude Chappecostruì il primotelegrafo otticotraLillaeParigi.Tuttavia questo sistema di comunicazione necessitava di operatori con competenze molto elevate e costose torri, spesso ad intervalli tra i 10 e i 30 chilometri. Di conseguenza l'ultima linea commerciale venne abbandonata nel1880.Il primotelegrafo elettricocommerciale fu costruito da SirCharles Wheatstonee SirWilliam Fothergill Cookee aperto il 9 aprile1839.Sia Wheatstone che Cooke consideravano il loro dispositivo un miglioramento del telegrafo elettromagnetico esistente e non un nuovo dispositivo.

Dall'altra parte dell'Oceano Atlantico,Samuel Morsesviluppò indipendentemente una versione del telegrafo elettrico, dimostrata senza successo il 2 settembre1837.Poco dopo Morse venne affiancato daAlfred Vailche sviluppò il registro, ossia un terminale per il telegrafo che integrava un dispositivo utile a registrare i messaggi su carta. Questo dispositivo fu dimostrato con successo il 6 gennaio1838.Il primocavo sottomarinotelegrafico transatlantico fu completato il 27 luglio1866,consentendo così per la prima volta telecomunicazioni transatlantiche.Grazie alle sue doti di affidabilità e semplicità, il telegrafo è stato, fino ai primi decenni del Novecento, il mezzo di telecomunicazione più diffuso presso gli uffici postali.

Iltelefonofu inventato nel1849daAntonio Meucci.L'apparecchio da lui ideato fu il primo in grado di trasmettere la voce su una linea elettrica. Nel1876,Alexander Bellcreò in maniera indipendente un dispositivo simile in principio a quello di Meucci ma migliorato in alcuni aspetti. Bell brevettò il suo telefono (a differenza di Meucci che non fu mai in grado di farlo per problemi economici) e diede l'impulso decisivo alla nascita dellatelefonia.I primi servizi telefonici commerciali furono inaugurati nel1878e nel1879sui due lati dell'Atlantico, nelle città diNew HaveneLondra.

Radio e televisione

Antennaperradiodiffusione

Nel1832,James Lindsaydiede una dimostrazione in classe dellatelegrafia senza filiai suoi studenti. Nel1854egli fu in grado di dimostrare una trasmissione attraverso l'estuario del Tay daDundeeaWoodhaven,su una distanza di due miglia, usando l'acqua come mezzo di propagazione.Nel dicembre del1901,Guglielmo Marconistabilì unacomunicazione senza filitra St. John's (Canada) e Poldhu (Inghilterra), ottenendo ilPremio Nobel per la Fisicanel1909(che divise conKarl Ferdinand Braun).

Il 25 marzo del1925,John Logie Bairdper la prima volta dimostrò la trasmissione di immagini in movimento rappresentantisilhouetteal centro commerciale londineseSelfridges.L'apparecchio di Baird si basava suldisco di Nipkowe divenne quindi noto cometelevisione meccanica;tale dispositivo pose le basi per gli esperimenti di trasmissione dellaBBC(British Broadcasting Corporation), iniziati il 30 settembre,1929.Tuttavia la gran parte delle televisioni delXX secolosi basa sultubo catodicoinventato daKarl Braun.La prima versione di tale televisione in grado di ottenere risultati promettenti fu prodotta daPhilo Farnsworthe dimostrata alla sua famiglia il 20 settembre1927.

Reti di computer e Internet

Simbolo della ReteInternet

L'11 settembre1940,George Stibitzriuscì per la prima volta ad inviare un problema usando latelescriventeal Calcolatore di Numeri Complessi aNew Yorke ricevere il risultato alDartmouth CollegeinNew Hampshire.Questa configurazione, che prevedeva un computer centrale (omainframe) e terminali remoti privi di capacità di calcolo, rimase popolare per tutti gli anni cinquanta. Tuttavia non fu prima degli anni sessanta che i ricercatori cominciarono ad investigare lacommutazione a pacchetto,una tecnologia che consentiva di inviare piccole quantità di dati a diversi computer, senza passare per un mainframe centralizzato. Una rete di quattro nodi venne per la prima volta realizzata e testata il 5 dicembre1969;questa rete prese in seguito il nome diARPANETe nel1981arrivò a mettere in comunicazione 213 nodi.

Lo sviluppo di ARPANET si basò sul meccanismo delleRFC(Request For Comments,Richiesta di commenti) ed il 7 aprile 1969, fu pubblicata laRFC 1.Questo processo è importante poiché ARPANET in seguito si fuse con altre reti per dare vita adInternete numerosi protocolli su cui oggi Internet si basa furono specificati mediante il meccanismo delle RFC. Nel settembre del 1981, laRFC 791introdusse l'Internet Protocolversione 4 (IPv4) e laRFC 793introdusse ilTransmission Control Protocol(TCP), dando così vita al protocollo TCP/IP su cui poggia la gran parte di Internet.

Tuttavia non tutti gli sviluppi importanti di Internet avvennero tramite le RFC. Due popolari protocolli di livello 2 perreti locali(LAN,Local Area Network) comparvero negli anni settanta. Il 29 ottobre1974,Olof Soderblomrichiese un brevetto per il protocollotoken ring;nel luglio1976,un articolo sul protocolloEthernetfu pubblicato daRobert MetcalfeeDavid Boggsper la rivistaCommunications of the ACM.Questi protocolli sono discussi in maggior dettaglio nella prossima sezione.

New economy ed economia digitale

Determinante inoltre è l'influsso delle moderne telecomunicazioni e in generale dell'ICT nella nascita e nello sviluppo della cosiddettaNew economye ancor più in generale sull'evoluzione tecnologica e socioeconomica della società moderna, citando ad esempio l'avvento di tre grandi rivoluzioni tecnologiche degli anni successivi al 2000, quali itelefoni cellulari,la reteInternete ilGPS.Le infrastrutture di telecomunicazioni sono diventate dunque una risorsa talmente strategica, e allo stesso tempo critica, all'interno di ciascunoStatoal punto da permetterne lo sviluppo socioeconomico nonché la rispettiva forza economico-politica a livello internazionale fino a richiedere il ricorso a forme specifiche di protezione osicurezza.Le grandi società o compagnie di telecomunicazioni vengono detteTelcoe il settore nel mondo occidentale, come per altri settori industriali, è passato negli anni da forme dimonopoliostatale allaprivatizzazioneprima e alla successivaliberalizzazione.

Generalità

Fondamenti teorici

Unsatellite per telecomunicazioniinorbitaintorno allaTerra

I fondamenti teorici delle moderne telecomunicazioni sono formalizzati dallateoria dell'informazionee dai suoi successivi sviluppi.

Classificazione

Le telecomunicazioni offrono fondamentalmente tre tipi di servizio all'utente:

• fonia, cioè trasferimento di dati vocali in una comunicazione in tempo reale tra due o più utenti (ad es.latelefonia) con sorgenti informative tipicamente di tipo CBR (ConstantBit Rate);
• audio-videoin tempo reale, (ad es.radio,televisione,videoconferenza) con sorgenti informative tipicamente di tipo VBR (Variable Bit Rate);
• comunicazione daticioè il trasferimento didatinon vocali, testuali (ad es.telegrafiae trasferimentofile) o audio-video non real-time tra due o più destinatari (ad es.streaminginreti di calcolatori) con sorgenti informative tipicamenteVBR(Variable Bit Rate).

Dal punto di vista del trasporto dell'informazione sulcanaleuna comunicazione può essere di due tipi, monodirezionale e bidirezionale, in particolare:

• simplex,ovvero monodirezionale (ad es.radiodiffusioneetelediffusione).
• duplex,ovvero bidirezionale.
  • half-duplex,bidirezionale, ma solo un utente alla volta (ad es.walkie-talkie).
  • full-duplex,bidirezionale contemporanea tra due utenti (ad es.telefono).

A seconda del numero di utenti destinatari di unatrasmissioneuna comunicazione può essere:

• unicastcioè da un utente ad un altro singolo utente (point to point,es. la telefonata)
• multicastcioè da un mittente a molti destinatari (punto-multipunto,ad es.videoconferenza)
• broadcastcioè inviate a tutti gli utenti abilitati alla ricezione di un certo servizio (punto-tutti,ad es.radioetelevisione).

Ciascuna di queste può a sua volta viaggiare a distanza su diversimezzi trasmissiviche rappresentano a livello fisico ilcanale di comunicazione,e quindi possono essere:

• cablatele quali si suddividono a loro volta incomunicazioni elettricheecomunicazioni ottiche.
• wirelessle quali si suddividono a loro volta inradiocomunicazioni,che a loro volta si suddividono incomunicazioni terrestri,comunicazioni satellitari,Wireless mesh networkecomunicazioni ottiche in spazio libero.

In generale tutte queste forme di comunicazione, dal punto di vista informativo, possono essere realizzate attraverso trasmissioni di tipo:

• analogiche:
• digitali;

Infrastruttura

Fascio difibre ottiche

L'infrastrutturautilizzata perimplementareuna telecomunicazione tra due utenti è chiamatasistema o impianto di telecomunicazionimentre le telecomunicazioni tra più di due persone situate in più punti spaziali sono implementate attraverso quella che è chiamatarete di telecomunicazioni.

Laprogettazionee lo sviluppo di un sistema di telecomunicazioni e di una rete di telecomunicazioni è campo di studio e indagine dell'ingegneria delle telecomunicazionila quale lavora usualmente ad un livello logico-sistemico astratto occupandosi della progettazione e sviluppo funzionale dei relativi sottosistemi di trasmissione e di ricezione-elaborazione, la cuiimplementazionefisica ricade in parte nel campo di studio dell'Ingegneria Elettronicaattraverso l'ampio uso di conoscenze e tecniche di realizzazione a partire dagli elementi circuitali di base (analogici e digitali) (elettronica per Telecomunicazioni), ed in parte nell'Ingegneria Informaticaper quanto riguarda l'implementazione diprotocolli di comunicazionesotto forma disoftwareper telecomunicazioni.

I sistemi di telecomunicazioni sono dunque progettati dagliingegneri delle telecomunicazioni.Cruciale sotto questo punto di vista è la conoscenza dellateoria dei segnali,dellateoria dell'informazione,e delle tecniche di trasmissione analogiche e digitali. Tra i pionieri in questi campi si ricordano:Antonio Meucci,Elisha Gray,Alexander Graham Bell,Nikola Tesla,Guglielmo Marconi,John Logie Baird,Claude Shannon,Harry Nyquist.

Diffusione

Oggi le telecomunicazioni sono molto diffuse e strumenti che consentono le comunicazioni a lunga distanza come laradioe latelevisionesono comuni in tutto il mondo. Esiste poi anche un vasto insieme di reti che collegano tra loro dispositivi di ricetrasmissione, come le reti televisive e radiofoniche, larete telefonica,lereti radiomobili cellulari,leretidicomputer.Le comunicazioni attraversoInternet,come laposta elettronicao lamessaggistica istantaneasono un altro esempio di telecomunicazione. Le telecomunicazioni sono una parte importante dell'economiamondiale e i ricavi dell'industriadelle telecomunicazioni ammontano a circa il 3% delprodotto interno lordo(PIL) mondiale.

Sviluppi recenti

Dagli anni settanta l'utilizzo dellefibre otticheha notevolmente aumentato labandadisponibile per le comunicazioni intercontinentali nelle tratte ditrasportodelle reti dati, contribuendo a rendere più rapido e ricco l'utilizzo di Internet. Inoltre latelevisione digitaleha consentito di ottenere trasmissioni adalta definizioneeliminando molti dei difetti delle trasmissioni analogiche.

Clientela/Utenza

Ad oggi nelle telecomunicazioni, in ambito commerciale ovvero nella fornitura/fruizione di servizi finali all'utente, si individuano essenzialmente due fasce dimercato,corrispondenti a due diversi tipi di utenti/clienti con varie esigenze:

• clientelabusinessovvero aziendale, tipicamente a più alta esigenza in termini diqualità di servizio;
• clientelaprivati(consumer) ovvero tutti i restanti utenti privati;

Le offerte, ovvero tipi di servizi e costi imponibili, dei vari gestori di telecomunicazioni si differenziano a seconda di queste due categorie di utenti.

Funzionamento

Obiettivo di una comunicazione a distanza tra due o più utenti è il trasferimento diinformazioneattraversosegnalida un mittente ad un destinatario in maniera tale che il messaggio in ricezione possa essere ricostruito il più possibile fedele al messaggio originario trasmesso dal mittente.

Gli elementi base di un sistema di telecomunicazioni sono:

• untrasmettitoreche prende l'informazione e la converte in un segnale da trasmettere;
• unmezzo di trasmissionesu cui il segnale è trasmesso e che ne costituisce il canale di comunicazione,cablatoowireless;
• unricevitoreche riceve e converte il segnale in informazione utile;
• un'antennain trasmissione ed una in ricezione se trattasi di unacomunicazione radiosu mezzoradio.

A seconda se la trasmissione è di tipoanalogicaodigitalesi aggiungono altri sottosistemi di elaborazione del segnale in trasmissione e in ricezione.

Se si uniscono tra loro più sistemi di telecomunicazioniend to endin un insieme topologicamente connesso si ottiene invece unarete di telecomunicazionicon una tipicaarchitettura di retea strati o multilivello.

Trasmettitore e ricevitore

Antennaadonde corteperradiocomunicazione

Ad esempio, consideriamo unsistema di trasmissioneradio. In questo caso l'antennadella stazione è il trasmettitore, la radio è il ricevitore ed il mezzo trasmissivo è lospazio libero.Spesso i sistemi di telecomunicazione e i canali di trasmissione sono bidirezionali (full-duplex) e i dispositivi che li compongono si comportano sia come trasmettitori che come ricevitori; si dice cioè che sonoricetrasmettitori.Untelefono cellulareè un esempio di ricetrasmettitore. La comunicazione su una linea telefonica è chiamatacomunicazione punto-punto,poiché avviene tra un trasmettitore ed un ricevitore, la comunicazione attraverso una stazione radio base è chiamata in generalemulticast(da uno a molti), ma più frequentementebroadcast(da uno a tutti, diffusiva) poiché avviene tra un singolo trasmettitore ad alta potenza e numerosi ricevitori.

Segnali

Isegnalisono grandezze fisiche che variano nel tempo e a cui è affidato il trasporto diinformazionea distanza sul canale omezzo trasmissivo;essi possono essere siaanalogicichedigitali.Un segnale analogico può assumere con continuità qualunque valore e l'informazione viene direttamente impressa su una qualche grandezza caratteristica del segnale (ampiezza,fase,etc.); al contrario in un segnale digitale l'informazione è codificata mediante un insieme di valori discreti che il segnale può assumere (ad esempio '1' e '0')..In particolare sono segnali che trasportano informazione i segnali che variano in maniera aleatoria nel tempo secondo appunto l'informazione da trasmettere.

Tipicamente un segnale informativo generato da un apparato trasmittente è sempre di tipoelettrico,eventualmente successivamente convertito otrasdottoin segnale acustico e trasmesso direttamente in etere (segnale audio) oppure in segnaleelettromagnetico(ottico, a microonde o aradiofrequenza) e trasmesso sul mezzo radio o instrutture guidanti.In quest'ultimo caso in ricezione avviene il processo inverso di riconversione in segnale elettrico poi trasdotto in segnale acustico o visivo (segnale audio e/o video) per l'utente finale.

Canale e mezzo di trasmissione

I dispositivi per le telecomunicazioni convertono diversi tipi diinformazione,comesuonoeimmaginiin:

• segnali elettrici:sono tipicamente trasportati attraverso un mezzo come il rame o lo spazio libero mediante trasduzione inonde radioomicroonde.
• segnali ottici:di solito sono veicolati mediantefibre ottiche,guide d'ondaopportunamente progettate, oppure dispositivi wireless ottici.

Quando un segnale raggiunge la destinazione, il dispositivo al terminale di arrivo converte il segnale in un messaggio comprensibile, come il suono in un telefono, immagini su unatelevisioneo parole sullo schermo (monitor) di uncomputer.

Ilcanaleè l'unità fondamentale utilizzata per far propagare il segnale dal mittente o sorgente al destinatario. Si è soliti suddividere le risorse del mezzo di trasmissione in modo che più flussi di informazione possano propagarsi contemporaneamente senza interferire tra loro (multiplazione). Ad esempio unastazione radiopuò trasmettere a 96 MHz, mentre un'altra a 95 MHz. In questo caso le risorse del canale sono state divise infrequenzae ciascun canale ha ricevuto una specifica frequenza o banda su cui trasmettere (Frequency Division Multiplexingo FDM). In alternativa sarebbe possibile allocare a ciascuna stazione un intervallo temporale periodico (slot) su cui trasmettere; in questo caso si parla di divisione nel tempo (Time Division Multiplexingo TDM). Esistono poi altri modi di dividere un mezzo in vari canali, ad esempio facendo ricorso alCode Division Multiplexing(CDM).

Codifica dell'Informazione

Nelletrasmissioni digitali,pur rimanendo il canale di comunicazione di tipo analogico, il segnale sorgente viene convertito in formato digitale e successivamente trattato con elaborazioni particolari quali lacodifica di sorgente,lacodifica di canale,lacodifica crittograficae lacodifica di lineaprima della riconversione in formato analogico da parte del modulatore numerico per la trasmissione sul canale ad onde continue. In ricezione il ricevitore opererà come al solito in maniera duale ovvero inversa, ricostruendo il segnale digitale tramite una demodulazione numerica per poi applicare una decodifica di canale, una decodifica di sorgente ed una decifratura, fino alla riconversione finale in formato analogico.

Modulazione

Esempi di modulazione AM e FM a partire dalla portantesignal

La tecnica di variare unsegnale portanteper trasmettere informazione è nota comemodulazione.La modulazione è un concetto chiave nelle telecomunicazioni ed è frequentemente usata per imprimere l'informazione associata ad un segnale su un altro. Usata in origine nelletrasmissioni analogichecome modulazione analogica, nel campo dellecomunicazioni digitalila modulazione numerica è usata per rappresentare su un segnale analogico un segnale digitale. Esistono diverse tecniche, ad esempio la modulazione di fase (Phase Shift Keyingo PSK), o di frequenza (Frequency Shift Keyingo FSK). Ad esempio ilBluetoothusa il PSK.

La modulazione tuttavia svolge anche un'altra funzione, ossia quella di aumentare la frequenza di un segnale analogico. Questo si rende spesso necessario poiché un segnale tipicamente non è adatto ad essere trasmesso per lunghe distanze a bassa frequenza. Quindi la sua informazione deve essere impressa su un segnale a frequenza maggiore (noto comeportante) prima della trasmissione. Ad esempio nel caso delle trasmissioni radio, il segnale acustico ha una banda di circa20-25 kHz,ma prima di essere trasmessa l'informazione è modulata su una portante che nel caso dell'FM è dell'ordine di circa100 MHz.

Amplificazione, filtraggio, equalizzazione

Al sistema di trasmissione, oltre ai sottosistemi sopra elencati, si aggiungono, specie nelletrasmissioni analogiche,sottosistemi o elementi circuitali deputati a superare l'attenuazionedel segnale lungo il canale ovvero gliamplificatori,sistemi deputati alla pulizia del segnale da componenti non desiderate come ilrumoreintrodotto dal canale e dagli apparati diricetrasmissioneoppure allasintoniaovvero ifiltri,convertitori di frequenzaed infine sistemi anti-distorsionedel segnale lungo il canale tramiteequalizzatori.

Rumore e interferenza

Un fattore indesiderato nei sistemi di telecomunicazioni è ilrumoretipicamente presente nel canale di comunicazione e nei dispositivi elettronici di ricezione ed elaborazione a valle della trasmissione. Tale rumore corrompe il segnale utile spesso sommandovisi in maniera additiva, in grado dunque di alterare il corretto flusso informativo tra mittente e destinatario. Altro fattore di disturbo può essere l'eventualeinterferenzadovuta ad altri segnali informativi non utili.

La rete

Esempio di una rete di telecomunicazioni formata da interconnessioni tra dispositivi.

Un insieme di più trasmettitori, ricevitori o ricetrasmettitori che comunicano tra loro prende il nome direte.Questa può essere unarete fissacablatacon terminali fissi oppure unarete mobilecon accesso radio da parte di terminali mobili. In questi casi le funzionalità logico/fisiche di trasmissione/ricezione non sono di per sé sufficienti ovvero non sono le uniche funzioni in grado di assicurare il funzionamento della rete nella sua interezza in quanto sono necessarie funzionalità aggiuntive quali ad esempio l'accesso al mezzodi trasmissione condiviso tra più utenti, lacommutazioneneinodidi transito ovvero l'indirizzamento/instradamento,l'affidabilitàdella comunicazione se non precedentemente garantita, e l'interfacciamento con l'utente, il tutto secondo uno schema logico noto comearchitettura di rete.

In particolare una rete di telecomunicazioni acommutazione di circuitoconsiste di almeno dueterminaliinterconnessi tramite uno o più nodi intermedi (come ad esempio gliswitch) che stabiliscono una connessione punto-punto ricreando un circuito fisico dedicato: è questo il caso dellarete telefonica generale.Le reti di telecomunicazioni acommutazione di pacchettoconsistono invece di due o più nodi di rete terminali interconnessi tramite nodi intermedi (come ad esempio irouter) necessari per convogliare l'informazione verso il giusto destinatario: è questo il caso delle reti dati. Per entrambi i tipi di rete può essere necessario l'utilizzo di uno o piùripetitoriper amplificare o rigenerare un segnale quando questo viene trasmesso per lunghe distanze.

L'evoluzione tecnologica ha portato verso la convergenza tra i due tipi di rete dando così vita a una rete multiservizi integrata che impiega un'unica infrastruttura. Questo, unito alla disponibilità di tecnologie di trasmissione ad alta capacità e velocità, ha consentito la forte diffusione dell'ICT e lo sviluppo di attività come lanew economye di nuove applicazioni come l'Internet delle cose.

Telecomunicazioni in età moderna

Connettori e preseRJ-11perdoppino telefonico

Comunicazioni elettriche

Sul fronte delle trasmissioni terrestri cablate le prime a diffondersi e svilupparsi, già a partire con la telefonia fissa, sono lecomunicazioni elettrichesucaviinrame(cavo coassialeedoppino telefonico) sia su rete di trasporto sia su rete di accesso, in modalità analogica prima e digitale poi.

Comunicazioni ottiche

A partire dagli anni settanta del XX secolo cominciano a svilupparsi e diffondersi lecomunicazioni ottichespecie infibra otticanelle reti cablate in sostituzione delle classichecomunicazioni elettrichesucaviin rame, prima a partire dallarete di trasportoin sostituzione delcavo coassiale,poi a partire daglianni 2000anche sullarete di accesso(NGAN) in sostituzione deldoppino telefonico.I vantaggi principali sono in un'altissimaampiezza di bandae bassissimaattenuazionedellafibrache aumentano sensibilmente lavelocità di trasmissionee al contempo riducono il numero diamplificatori/rigeneratorinecessari lungo la tratta.

Radiocomunicazioni

Ancor prima delle telecomunicazioni via cavo, le radiocomunicazioni hanno permesso l'invenzione dellaradioe dei sistemiradar,utilizzabili al suolo o in libera atmosfera.

Nella seconda metà del XX secolo hanno inizio le primetelecomunicazioni via satelliteappoggiandosi a reti disatelliti per telecomunicazioniin orbita oponti radiosatellitari, inizialmente per collegamenti ditelefonia satellitaree in appoggio alla radiodiffusione e telediffusione, e successivamente dagli anni novanta anche per servizi dati, tanto da farle sembrare subito come la soluzione tecnologica ottimale per il futuro delle telecomunicazioni.

Reti mobili cellulari

Stazione radio base(BTS) di unarete cellulareGSM

Glianni ottantadelXX secolohanno visto la nascita, la diffusione e lo sviluppo dellereti mobili cellularidoveterminali mobiliaccedono viaradiocomunicazioneall'interfaccia radio della rete, inizialmente per servizi ditelefonia(TACSeGSM) e messaggistica (SMS) e successivamente anche per servizi dati anchemultimediali(GPRS,UMTSeLTE) con untrafficoin continua crescita, apportando una vera e propria rivoluzione tecnologica e nei costumi della società occidentale prima e mondiale poi.

Reti locali

Nonostante la crescita di Internet, le caratteristiche delle LAN (Local Area Network,Rete Locale) che misurano al più pochi chilometri, rimangono distinte.

Nella metà degli anni ottanta, sono emersi numerosi protocolli pensati per colmare il vuoto tra il livello data link e quello applicazione della pila OSI. Tra di essi i principali sonoAppleTalk,IPXeNetBIOS,con la predominanza di IPX all'inizio degli anni novanta, dovuta in particolare al suo utilizzo inMS-DOS.All'epoca ilTCP/IPgià esisteva, ma il suo utilizzo era limitato agli enti governativi ed alle grandi aziende.La rapida adozione di Internet tuttavia portò alla nascita di numerose LAN legate alla nuova rete e di conseguenza all'adozione anche nelle LAN dei due principali protocolli Internet. Il passaggio al TCP/IP fu aiutato dall'introduzione di alcune tecnologie, come ilDHCP,che consente ai nodi di configurare autonomamente il proprioindirizzo IP;tale funzionalità era infatti standard nelle suiteAppleTalk/IPX/NetBIOS.

Tuttavia è a livello datalink che le moderne reti locali differiscono da Internet. Mentre per le reti più grandi i tipici protocolli di livello 2 sono l'ATM e l'MPLS (Multi Protocol Label Switching), per le reti locali sono utilizzati ilToken Ringe soprattutto l'Ethernet;i protocolli per le LAN differiscono dai primi poiché sono più semplici (non offrono alcuni servizi come il supporto del QoS) ed offrono meccanismi diprevenzione delle collisioni(ossia evitano o limitano la contemporanea trasmissione di più pacchetti in contemporanea). Entrambe queste differenze consentono di ridurre i costi legati alla creazione della rete. Ad esempio l'assenza di QoS consente di utilizzarerouterpiù semplici e nello stesso tempo tale servizio non è strettamente necessario in una rete locale. Inoltre la prevenzione delle collisioni consente a più di due nodi di condividere un mezzo trasmissivo, riducendo i costi.

Nonostante Ethernet e Token Ring abbiano differenti formati di trama (frame), la differenza principale tra i due protocolli sta nel meccanismo di prevenzione delle collisioni. Nel Token Ring un gettone (token) viene fatto circolare tra i nodi e solo il nodo che detiene il gettone può trasmettere. È necessaria quindi la gestione del token in modo che non vada perso o duplicato, tuttavia in questo modo le collisioni sono impossibili. Al contrario nell'Ethernet, tutti i nodi possono comunicare se ritengono che il canale sia libero, ma i nodi devono ascoltare il canale in modo da poter rilevare le collisioni e sospendere la comunicazione per un tempo casuale.

Nonostante la discreta popolarità del Token Ring negli anni ottanta e novanta, con l'avvento delXXI secolo,la maggior parte delle reti locali si basa ormai sullo standard Ethernet. A livello fisico la maggior parte delle implementazioni di Ethernet utilizza cavi in rame (come le diffuse reti10BASE-T). Alcune implementazioni iniziali usavano invece ilcavo coassiale.Alcune implementazioni (specialmente quelle ad alta velocità) usano invece le fibre ottiche. Le fibre si prevede avranno un ruolo fondamentale nel nuovo standard10 gigabit Ethernet.Quando si utilizzano le fibre ottiche, è necessario distinguere tra la fibre multimodo e le fibre singolo modo, Le prime sono fibre in cui il mezzo trasmissivo è più largo; ne consegue che la produzione è meno costosa ma la banda offerta è minore e l'attenuazione è maggiore.

Internet

Lapila ISO/OSI

Secondo le stime, circa il 15,7% della popolazione mondiale ha accesso adInternet.La percentuale maggiore si riscontra in Nord America (68,6%), Oceania (52,6%) ed Europa (36,1%).In termini di accesso abanda larga,i paesi in testa alle classifiche sonoIslanda(26,7%),Corea del Sud(25,4%) ePaesi Bassi(25,3%).

La natura stessa della comunicazioni tra computer porta ad utilizzare un approccio logico-architetturale a strati, in cui ogni livelloprotocollaresia largamente indipendente dagli altri. Questo consente di avere protocolli di basso livello che possono essere modificati secondo le proprie esigenze, lasciando inalterati i protocolli di livello superiore, posto che un numero limitato di funzioni sia comunque garantito. Un esempio pratico dell'importanza di questo principio è il fatto che unweb browserpuò connettersi ad Internet utilizzando lo stesso codice, sia che sia connesso tramite unaADSL,che tramite una reteEtherneto una reteWi-fi.

Spesso per catalogare un protocollo in termini di basso/alto livello, si fa riferimento allapila OSI,un modello proposto nel1983come primo passo di un percorso utopistico per la creazione di un insieme di protocolli di rete universalmente accettato.Il modello è riprodotto nella figura a destra. È tuttavia importante sottolineare che il modello ISO-OSI, pur non essendosi mai tradotto in un'implementazione pratica, è molto utile per descrivere i moderni protocolli; anche i protocolli sui quali si basa Internet possono essere classificati alla luce di tale modello, anche se di fatto non lo seguono alla lettera.

Nel caso di Internet, il mezzo fisico ed il protocollo dilivello datalink(ovvero i primi due livelli della pila OSI) possono variare numerose volte lungo il tragitto che un pacchetto percorre. Nella maggior parte dei casi Internet viaggia sufibre otticheutilizzando il protocollo di datalinkATM,ma è possibile anche che il traffico Internet viaggi suetereo rame, utilizzando protocolli comeWi-Fi,EthernetePPP.

Alivello di rete,la standardizzazione aumenta con l'adozione dell'IP(Internet Protocol) per l'indirizzamento logico. Al momento la versione di IP più comunemente utilizzata è laIPv4ma è in atto il passaggio alla versioneIPv6che aumenta in modo considerevole il numero di indirizzi disponibili (3,40×10³⁸indirizzi rispetto ai4,29×10⁹dell'IPv4) e prevede nativamente maggiore sicurezza tramiteIPsece miglior gestione della distribuzione del traffico.

Alivello di trasportola maggior parte di applicazioni utilizza il TCP (Transmission Control Protocol) o l'UDP (User Datagram Protocol). Nel caso del TCP, ipacchettiche vengano persi durante la trasmissione vengono rispediti e riordinati, prima di essere presentati ai livelli superiori; in questo modo è anche possibile eliminare gli eventuali pacchetti duplicati. Al contrario nel caso dell'UDP i pacchetti non vengono riordinati e nel caso di perdite non sono ritrasmessi. Sia i pacchetti TCP che UDP trasportano il numero diportaper specificare a quale applicazione o a qualeprocessoil pacchetto debba essere indirizzato.Poiché taluni protocolli di livello applicazione utilizzanoporte standard,è possibile per gli amministratori di rete limitare o favorire il flusso di traffico verso specifiche porte tramite appositi filtri.

Al di sopra del livello di trasporto, esistono diversi protocolli che sono difficili da catalogare nellivello di sessioneopresentazione,ma che sono largamente diffusi come ilTransport Layer Security(TLS) anche noto come (SSL). Questi protocolli assicurano che i dati in transito sulla rete rimangono completamente riservati. Tali protocolli utilizzano lacrittografia asimmetricaper scambiarsi unachiavecomune e successivamente proteggono i dati mediantecrittografia simmetrica.Un altro protocollo di difficile posizionamento nella pila OSI è ilReal-time Transport Protocol(RTP), utilizzato principalmente per il trasporto di audio o video in streaming.Infine a livello di applicazione, esistono numerosi protocolli che dovrebbero risultare familiari agli utenti Internet, ossia l'HTTPper la navigazione, ilPOP3per la posta elettronica, l'FTPper il trasferimento di dati, eSIPper la tele e la video conferenza.

Sistemi di radiolocalizzazione e navigazione

Ricevitore sistemaGPS

A partire daglianni novantasono stati aperti all'uso pubblico isistemi di posizionamento e navigazione satellitareche appoggiandosi a reti satellitari dedicate consentono a radioricevitori al suolo la loro localizzazione in termini dicoordinate geografichee la conseguente navigazione su mappe geografiche in memoria (navigatori satellitari). Questi sistemi, seguendo l'evoluzione della telefonia mobile, sono diventati parti integranti anche della rete mobile stessa. Inoltre, questi sistemi si integrano in generale con le reti di telecomunicazione anche come sorgenti ad elevata precisione per la distribuzione del sincronismo e di data e ora.

Digitalizzazione (radio, televisione e telefonia mobile)

L'industria dei media sta affrontando un importante punto di svolta nella sua evoluzione, ossia il passaggio dallatrasmissione analogicaa quelladigitale,già ottenuta nel caso delle reti cellulari. Il vantaggio principale dell'utilizzo di trasmissioni digitali sta ancora una volta nella intrinseca robustezza al rumore del digitale. In altre parole il digitale consente di evitare i tipici effetti del rumore, come ad esempio ilghostingdelle immagini video o il fruscio della voce nelle radio. Questo poiché i segnali digitali sono semplici cifre binarie e quindi piccole variazioni dovute al rumore sono filtrate dalla decisione a soglia al ricevitore. per fare un semplice esempio, se il messaggio binario 1011 viene trasmesso mediante un segnale con ampiezza [1 0 1 1] e viene ricevuto come un segnale con ampiezza [1,1 0,2 1,1 0,8], la sequenza decisa sarà quella corretta, ossia 1011. Se il rumore è molto elevato tuttavia anche questa strategia fallisce. In questo caso è possibile utilizzare dei codici FEC (Forward Error Correction) in grado di correggere uno o più errori consecutivi dovuti al rumore.

Nella trasmissione televisiva digitale esistono tre diversi standard in competizione, ognuno dei quali utilizza lo standardMPEG-2per la codifica video: l'ATSC,che utilizza ilDolby Digital AC-3per la compressione audio ed una modulazione di ampiezza a banda vestigiale8VSB;ilDVBusa tipicamente l'MPEG-1per l'audio ma non ha uno standard, mentre per la modulazione ricorre all'OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing); infine l'ISDB,in cui la modulazione è ancora OFDM e come formato di compressione audio si fa uso dell'MPEG-2.

Nella trasmissione di audio digitale, gli standard sono molto più unificati. Quasi tutti i paesi utilizzano lo standardDigital Audio Broadcasting(DAB, noto anche come standardEureka 147). L'unica eccezione sono gliStati Uniti,che hanno deciso di adottare l'HD Radio.Il vantaggio di quest'ultimo standard sta nel fatto che la tecnica di modulazione impiegata consente di modulare il segnale sulle esistenti trasmissioni analogiche (AM ed FM), evitando così la necessità di allocare nuove bande per le trasmissioni digitali. Nonostante i nomi diversi, entrambi gli standard si basano sulla modulazione OFDM. Per quanto riguarda la compressione audio, il DAB come il DVB utilizza l'MPEG-1,mentre l'HD Radio usa l'High-Definition Coding.

Tuttavia, nonostante l'imminente passaggio al digitale, i ricevitori analogici rimangono molto diffusi. La TV analogica è praticamente ancora trasmessa in tutte le nazioni (gli Stati Uniti prevedono il passaggio nel febbraio del 2009). Per la TV analogica esistono tre standard, noti comePAL,NTSCeSÉCAM.I fondamenti di PAL e NTSC sono molto simili: unasottoportantemodulataQAM(Quadrature Amplitude Modulation) che trasporta l'informazione sullacrominanzaè aggiunta al segnale video che trasporta laluminanzaa formare un segnaleCVBS(Composite Video Baseband Signal). D'altra parte il SECAM utilizza uno schema a modulazione di frequenza sulla suo sottoportante per il colore. Il PAL si differenzia dall'NTSC per il fatto che la fase delle componenti dei colori del segnale video è rovesciata allo scopo di correggere gli errori di fase. Per la trasmissione radio, l'ostacolo principale all'adozione degli standard digitali sta nel fatto che i ricevitori digitali hanno un costo ancora diverse volte superiore a quello dei ricevitori analogici.

Il passaggio alle tecnologie digitali in ambitotelefonia mobilesi è avuto invece con la tecnologia del2G.

Telecomunicazioni e società

Le telecomunicazioni sono una parte importante di numerose società moderne. L'esistenza di una buonainfrastrutturadi telecomunicazioni è largamente riconosciuta come un successo importante di un paese, sia a livellomicroeconomicochemacroeconomico.L'importanza delle infrastrutture di telecomunicazioni è divenuta talmente cruciale e strategica che molti attuali sistemi di telecomunicazioni (dalle reti ai sistemi di radiocomunicazioni) sono spesso soggetti aridondanzaneldimensionamentodelle loro risorse trasmissive, di elaborazione e di memorizzazione aumentandone robustezza e tolleranza ad eventuali guasti/malfunzionamenti ed evitando così il più possibile disservizi verso gli utenti.

Microeconomico

A livello microeconomico, numerose compagnie hanno sfruttato le telecomunicazioni per costruire imperi economici, come è evidente ad esempio nel caso del portale di vendita (e-commerce) su InternetAmazon.com,ma gli osservatori hanno notato che anche catene tradizionali, comeWal-MartoIkeahanno tratto benefici dal possedere una rete di telecomunicazioni superiore a quella dei loro concorrenti.Nella moderna società occidentale, l'utilizzo delle telecomunicazioni è fondamentale anche nelle attività di tutti i giorni, come ad esempio prenotare unapizzaper telefono o chiamare l'idraulico.Anche comunità relativamente povere, ricorrono oggi alle telecomunicazioni per migliorare la loro vita quotidiana. Neldistretto di Narsingdi,inBangladesh,gli abitanti di villaggi isolati utilizzano itelefoni cellulariper parlare direttamente con i grossisti ed ottenere prezzi migliori per le loro merci. InCosta d'Avorioi coltivatori di caffè utilizzano telefoni cellulari in comune per seguire le variazioni orarie del prezzo del caffè e vendere al prezzo migliore.

Macroeconomico

A livello macroeconomico, nel 2001 Lars-Hendrik Röller e Leonard Waverman hanno suggerito l'esistenza di un legame causale tra l'esistenza di una buonainfrastrutturadi telecomunicazioni ecrescita economica.Pochi ormai negano l'esistenza di questo legame, anche se alcuni non concordano sulla sua natura causale.Tuttavia il fatto che le economie traggano benefici da una buona infrastruttura di telecomunicazioni è innegabile e per tale motivo è sempre maggiore la preoccupazione per il cosiddettodivario digitale.

Questa preoccupazione deriva dal fatto che l'accesso ai mezzi di telecomunicazione non è ugualmente suddiviso tra la popolazione mondiale. Una ricerca del 2003 a cura dell'International Telecommunication Union(ITU) ha rivelato che circa un terzo delle nazioni ha meno di un abbonato allatelefonia cellulareper ogni 20 abitanti e circa un terzo delle nazioni ha meno di un abbonato alla rete fissa ogni 20 abitanti. Per quanto riguarda l'accessoInternet,circa metà delle nazioni ha meno di una persona su 20 che goda di un accesso ad Internet. Da queste informazioni e da dati provenienti dalle scuole, l'ITU ha compilato l' "Indice di Accesso Digitale" (Digital Access Index), che misura la capacità totale di un cittadino di accedere ed usare le tecnologie dell'informazione e della comunicazione. Utilizzando questo parametro, nazioni come laSvezia,laDanimarcae l'Islandaricevono il voto più alto, mentre al fondo classifica si piazzano paesi africani come ilNiger,ilBurkina Fasoed ilMali.

A cavallo degli anni 2000 col nascere dellaNew Economysi è però assistito a fenomeni dispeculazioneeconomica nell'ambito delle telecomunicazioni e in generale dell'ICT che hanno portato allo scoppio della cosiddettabolla speculativadelledot-com.

In Italia, ilflusso di cassadegli operatori tlc si è ridotto dai 10.5 miliardi di euro del 2010 ad 1 mld nel 2021.

Enti regolatori

Organismi internazionali

A livello internazionale partecipano alla stesura deglistandardtecnici e normativi (direttive) delle telecomunicazioni diversi enti internazionali tra i quali si ricordano:

• l'International Organization for Standardization(ISO);
• l'International Telecommunication Union(ITU);
• laConferenza Europea delle amministrazioni delle Poste e delle Telecomunicazioni(CEPT);
• loEuropean Telecommunications Standards Institute(ETSI);
• l'Internet Engineering Task Force(IETF);
• l'Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE).

In Italia

In Italia l'Istituto Superiore per le Comunicazioni e le Tecnologie dell'Informazione(ISTICOM), compreso all'interno delMinistero dello sviluppo economico,l'Autorità per le Garanzie nelle Comunicazioni(AGCOM) e i vari enti delegati a livello regionale (Corecom) si occupano di supervisionare il mondo ed il mercato delle Telecomunicazioni secondo le direttive giuridiche ed economiche da essi imposti con poterisanzionatorioltre chedeliberativi.

Bibliografia

• Arnold H.W. Beck,Parole e onde,Milano,il Saggiatore,1967,SBNIT\ICCU\SBL\0551335.
• A.S. Tanenbaum,Reti di computer,Prentice Hall International - UTET, 1997
• P. Stella,Codice dell'editoria e delle comunicazioni,LED Edizioni Universitarie, Milano, 2008,ISBN 978-88-7916-370-5
• Telecomunicazioni, opportunità e legislazione,atti del forum su "Regolamentazione ed ostacoli fiscali nelle telecomunicazioni", tenutosi a Roma il 15 luglio 1999, Roma, Confindustria, 1999.
• Renato Abeille,Storia delle telecomunicazioni italiane e della Sip: 1964-1994.FrancoAngeli, 1999.
• A. Bruce Carlson, Paul B. Crilly, e Janet C. Rutledge:Communication systems,4ª edizione, McGraw Hill, 2002.

Voci correlate

• Città intelligente
• Elettronica per telecomunicazioni
• Ingegneria delle telecomunicazioni
• Internet
• Intranet
• Fibra ottica
• Radioamatori
• Rete di telecomunicazioni
• Sigle nelle telecomunicazioni
• Teoria dell'informazione
• Televisione
• Telefono
• Teleimpiantista

Altri progetti

Altri progetti

• Wikizionario
• Wikinotizie
• Wikimedia Commons

• Wikizionariocontiene il lemma di dizionario «telecomunicazione»
• Wikinotiziecontiene notizie di attualità sulletelecomunicazioni
• Wikimedia Commonscontiene immagini o altri file sulletelecomunicazioni

Collegamenti esterni

• Telecomunicazioni,suTreccani.it – Enciclopedie on line,Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• Gaspare Galati e Maurizio Naldi,Telecomunicazioni,inEnciclopedia Italiana,VI Appendice,Istituto dell'Enciclopedia Italiana,2000.
• (IT,DE,FR)Telecomunicazione,suhls-dhs-dss.ch,Dizionario storico della Svizzera.
• (EN) Wayne Eric Stark, David E. Borth e James S. Lehnert,telecommunication,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN)Opere riguardanti Telecomunicazione,suOpen Library,Internet Archive.
• Date importanti nella storia di tecnologia delle comunicazioni,suworldhistorysite.com.URL consultato il 2 gennaio 2010(archiviato dall'url originaleil 23 gennaio 2009).